高帶寬需求
電子組件制造商必須持續(xù)改善其生產(chǎn)力與質(zhì)量，才能維持所需的競爭優(yōu)勢。由于運動控制及機器視覺可提供比傳統(tǒng)方式更可靠、更具彈性的自動檢測能力，因此在持續(xù)改善的流程中扮演極為重要的角色。制造商需要提高圖像的輸出質(zhì)量及更成熟的圖像處理能力，然而從相機傳送數(shù)據(jù)到計算機的傳輸率，或稱為帶寬，卻經(jīng)常成為必須先行解決的限制因素。
過去，標(biāo)準(zhǔn)VGA分辨率及30幅/秒的圖像采樣率，即能滿足絕大多數(shù)生產(chǎn)線的需求。然而目前的工業(yè)需求中，要求增大掃描的尺寸，例如線條掃描、立體檢測、提高生產(chǎn)線輸送帶速率、較為復(fù)雜的圖像處理。然而，帶寬仍是機器視覺系統(tǒng)的主要瓶頸。
Camera link是一項新標(biāo)準(zhǔn)，專為解決帶寬問題而制定。搭配PCI Express總線，Camera link圖像解決方案可提供超高數(shù)據(jù)傳輸率，最適合高帶寬需求的機器視覺應(yīng)用。
本文將剖析”高帶寬需求”應(yīng)用與PCI Express、Camera link及FPGA技術(shù)如何搭配使用，以提高圖像采集及處理率。
供應(yīng)需求
圖1顯示出一般計算機型機器視覺系統(tǒng)的基本組件，其中包含一部工業(yè)相機與光源、信號線、圖像采集卡及計算機。Camera link則是專為運用于此類機器視覺系統(tǒng)的工業(yè)相機與圖像采集卡所開發(fā)的開放式規(guī)格。Camera link規(guī)格是由AIA協(xié)會（Automate Imaging Association）定義，該協(xié)會則是由工業(yè)用工業(yè)相機、信號線、圖像采集卡制造商所組成的產(chǎn)業(yè)組織。Camera link采用低電壓差分信號（LVDS）技術(shù)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，并行至序列傳送器及序列至并行接收器則用于傳送圖像數(shù)據(jù)。
Camera link
如圖2所示， Camera link標(biāo)準(zhǔn)提供了三種組態(tài)：base、Medium與Full信號模式。來自工業(yè)相機的圖像數(shù)據(jù)，通過指定的端口傳送至相對應(yīng)的圖像采集卡端口。base組態(tài)包含一組傳送器/接收器，24 bits的視頻數(shù)據(jù)分為A、B、C三個8-bit端口，外加FVAL（視頻有效）、LVAL（線路有效）、DVAL（數(shù)據(jù)有效）及其他備用信號、一個頻率信號、一個序列通道以及四個LVDS一般用途工業(yè)相機控制信號。一般而言，工業(yè)相機控制信號通常是用于外部觸發(fā)，以達到實時圖像采集。在使用20~85 MHz頻率之下，圖像數(shù)據(jù)傳輸率可高達2.04 Gbps。Medium組態(tài)增加第二組傳送器/接收器對，使圖像數(shù)據(jù)位倍增為48 bits（8-bit端口也倍增為六個：A、B、C、D、E、F）、圖像數(shù)據(jù)傳輸率倍增為4.08 Gbps。Full組態(tài)再次增加圖像數(shù)據(jù)位為64 bits，使用八個8-bit端口：A、B、C、D、E、F、G、H，提高圖像數(shù)據(jù)傳輸率為5.44 Gbps。Camera link數(shù)據(jù)傳輸路徑，請參閱圖3。
就目前可運用的工業(yè)相機接口而言（Analog、USB、FireWire、GigE），Camera link具有下列優(yōu)點：
最高帶寬：Camera link透過專用的點對點連結(jié)拓樸，串流圖像原始數(shù)據(jù)的速率可高達5.44 Gbps，且不需受到通訊協(xié)議的限制。
噪聲抑制：Camera link規(guī)格的最小低電壓差分信號（LVDS）可提高圖像采集卡、信號線及工業(yè)相機之間的圖像總流量。
實時信號： Camera link不受網(wǎng)絡(luò)潛在因素或通訊協(xié)議的限制。
降低CPU工作負荷：Camera link規(guī)格內(nèi)含有圖像處理所使用的標(biāo)準(zhǔn)芯片組。Camera link圖像采集卡本身也運用直接內(nèi)存訪問（DMA），以取得最佳的數(shù)據(jù)傳輸性能。使用DMA時，由圖像采集卡傳輸圖像數(shù)據(jù)至計算機主機內(nèi)存時，不需耗用任何主機系統(tǒng)CPU的資源。
